单片机STM32时钟设计分析

　　STM32互连型系列产品分为两个型号： STM32F105和STM32F107。STM32F105具有USB OTG 和CAN2.0B接口。STM32F107在USB OTG 和CAN2.0B接口基础上增加了以太网10/100 MAC模块 。片上集成的以太网MAC支持MII和RMII，因此，实现一个完整的以太网收发器只需一个外部PHY芯片。只使用一个25MHz晶振即可给整个微控制器提供时钟频率，包括以太网和USB OTG外设接口。微控制器还能产生一个25MHz或50MHz的时钟输出，驱动外部以太网PHY层芯片，从而为客户节省了一个附加晶振。

　　音频功能方面，新系列微控制器提供两个I2S音频接口，支持主机和从机两种模式，既用作输入又可用作输出，分辨率为16位或32位。音频采样频率从8kHz到96kHz。利用新系列微控制器强大的处理性能，开发人员可以用软件实现音频编解码器，从而消除了对外部组件的需求。

　　把U盘插入微控制器的USB OTG接口，可以现场升级软件；也可以通过以太网下载代码进行软件升级。这个功能可简化大型系统网络（如远程控制器或销售终端设备）的管理和维护工作。

　　一、硬件上的连接问题

　　如果使用内部RC振荡器而不使用外部晶振，请按照如下方法处理：

　　1）对于100脚或144脚的产品，OSC_IN应接地，OSC_OUT应悬空。

　　2）对于少于100脚的产品，有2种接法：

　　i）OSC_IN和OSC_OUT分别通过10K电阻接地。此方法可提高EMC性能。

　　ii）分别重映射OSC_IN和OSC_OUT至PD0和PD1，再配置PD0和PD1为推挽输出并输出‘0’。此方法可以减小功耗并（相对上面i）节省2个外部电阻。

　　对上图的分析如下：

　　重要的时钟：

　　PLLCLK，SYSCLK，HCKL，PCLK1，PCLK2 之间的关系要弄清楚;

　　1、HSI：高速内部时钟信号 stm32单片机内带的时钟 （8M频率） 精度较差

　　2、HSE：高速外部时钟信号 精度高来源（1）HSE外部晶体/陶瓷谐振器（晶振） （2）HSE用户外部时钟

　　3、LSE：低速外部晶体 32.768kHz主要提供一个精确的时钟源一般作为RTC时钟使用

　　在STM32中，有五个时钟源，为HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。

　　①、HSI是高速内部时钟，RC振荡器，频率为8MHz。

　　②、HSE是高速外部时钟，可接石英/陶瓷谐振器，或者接外部时钟源，频率范围为4MHz~16MHz。

　　③、LSI是低速内部时钟，RC振荡器，频率为40kHz。

　　④、LSE是低速外部时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。

　　⑤、PLL为锁相环倍频输出，其时钟输入源可选择为HSI/2、HSE或者HSE/2。倍频可选择为2~16倍，但是其输出频率最大不得超过72MHz。

　　其中40kHz的LSI供独立看门狗IWDG使用，另外它还可以被选择为实时时钟RTC的时钟源。另外，实时时钟RTC的时钟源还可以选择LSE，或者是HSE的128分频。RTC的时钟源通过RTCSEL［1:0］来选择。

　　STM32中有一个全速功能的USB模块，其串行接口引擎需要一个频率为48MHz的时钟源。该时钟源只能从PLL输出端获取，可以选择为1.5分频或者1分频，也就是，当需要使用USB模块时，PLL必须使能，并且时钟频率配置为48MHz或72MHz。

　　另外，STM32还可以选择一个时钟信号输出到MCO脚（PA8）上，可以选择为PLL输出的2分频、HSI、HSE、或者系统时钟。

　　系统时钟SYSCLK，它是供STM32中绝大部分部件工作的时钟源。系统时钟可选择为PLL输出、HSI或者HSE。系统时钟最大频率为72MHz，它通过AHB分频器分频后送给各模块使用，AHB分频器可选择1、2、4、8、16、64、128、256、512分频。其中AHB分频器输出的时钟送给5大模块使用：

　　①、送给AHB总线、内核、内存和DMA使用的HCLK时钟。

　　②、通过8分频后送给Cortex的系统定时器时钟。

　　③、直接送给Cortex的空闲运行时钟FCLK。

　　④、送给APB1分频器。APB1分频器可选择1、2、4、8、16分频，其输出一路供APB1外设使用（PCLK1，最大频率36MHz），另一路送给定时器（TImer）2、3、4倍频器使用。该倍频器可选择1或者2倍频，时钟输出供定时器2、3、4使用。

　　⑤、送给APB2分频器。APB2分频器可选择1、2、4、8、16分频，其输出一路供APB2外设使用（PCLK2，最大频率72MHz），另一路送给定时器（TImer）1倍频器使用。该倍频器可选择1或者2倍频，时钟输出供定时器1使用。另外，APB2分频器还有一路输出供ADC分频器使用，分频后送给ADC模块使用。ADC分频器可选择为2、4、6、8分频。

　　在以上的时钟输出中，有很多是带使能控制的，例如AHB总线时钟、内核时钟、各种APB1外设、APB2外设等等。当需要使用某模块时，记得一定要先使能对应的时钟。

　　需要注意的是定时器的倍频器，当APB的分频为1时，它的倍频值为1，否则它的倍频值就为2。

　　连接在APB1（低速外设）上的设备有：电源接口、备份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3、SPI2、窗口看门狗、TImer2、TImer3、Timer4。注意USB模块虽然需要一个单独的48MHz时钟信号，但它应该不是供USB模块工作的时钟，而只是提供给串行接口引擎（SIE）使用的时钟。USB模块工作的时钟应该是由APB1提供的。

　　连接在APB2（高速外设）上的设备有：UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、所有普通IO口（PA~PE）、第二功能IO口。

　　涉及的寄存器：

　　RCC 寄存器结构，RCC_TypeDeff，在文件“stm32f10x_map.h”中定义如下：

　　typedef struct

　　{

　　vu32 CR; //HSI，HSE，CSS，PLL等的使能

　　vu32 CFGR; //PLL等的时钟源选择以及分频系数设定

　　vu32 CIR; // 清除/使能时钟就绪中断

　　vu32 APB2RSTR; //APB2线上外设复位寄存器

　　vu32 APB1RSTR; //APB1线上外设复位寄存器

　　vu32 AHBENR; //DMA，SDIO等时钟使能

　　vu32 APB2ENR; //APB2线上外设时钟使能

　　vu32 APB1ENR; //APB1线上外设时钟使能

　　vu32 BDCR; //备份域控制寄存器

　　vu32 CSR;

　　} RCC_TypeDef;

　　这些寄存器的具体定义和使用方式参见芯片手册，因为C语言的开发可以不和他们直接打交道，当然如果能够加以理解和记忆，无疑是百利而无一害。

　　如果外接晶振为8Mhz，最高工作频率为72Mhz，显然需要用PLL倍频9倍，这些设置都需要在初始化阶段完成。为了方便说明，以例程的RCC设置函数，并用中文注释的形式加以说明：

　　static void RCC_Config（void）

　　{

　　RCC_DeInit（）;

　　RCC_HSEConfig（RCC_HSE_ON）;

　　HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp（）;

　　if （HSEStartUpStatus == SUCCESS）

　　{

　　FLASH_PrefetchBufferCmd（FLASH_PrefetchBuffer_Enable）;

　　FLASH_SetLatency（FLASH_Latency_2）;

　　RCC_HCLKConfig（RCC_SYSCLK_Div1）;

　　RCC_PCLK2Config（RCC_HCLK_Div1）;

　　RCC_PCLK1Config（RCC_HCLK_Div2）;

　　RCC_ADCCLKConfig（RCC_PCLK2_Div6）;

　　//上面这句例程中缺失了，但却很关键

　　RCC_PLLConfig（RCC_PLLSource_HSE_Div1， RCC_PLLMul_9）;

　　RCC_PLLCmd（ENABLE）;

　　while （RCC_GetFlagStatus（RCC_FLAG_PLLRDY） == RESET）

　　{}

　　RCC_SYSCLKConfig（RCC_SYSCLKSource_PLLCLK）;

　　while （RCC_GetSYSCLKSource（） ！= 0x08）

　　{}

　　}

　　//使能外围接口总线时钟，注意各外设的隶属情况，不同芯片的分配不同，到时候查手册就可以

　　RCC_AHBPeriphClockCmd（RCC_AHBPeriph_FSMC， ENABLE）;

　　RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOE |

　　RCC_APB2Periph_GPIOF | RCC_APB2Periph_GPIOG |

　　RCC_APB2Periph_AFIO， ENABLE）;

　　}

　　由上述程序可以看出系统时钟的设定是比较复杂的，外设越多，需要考虑的因素就越多。同时这种设定也是有规律可循的，设定参数也是有顺序规范的，这是应用中应当注意的，例如PLL的设定需要在使能之前，一旦PLL使能后参数不可更改。

　　经过此番设置后，对于外置8Mhz晶振的情况下，系统时钟为72Mhz，高速总线和低速总线2都为72Mhz，低速总线1为36Mhz，ADC时钟为12Mhz，USB时钟经过1.5分频设置就可以实现48Mhz的数据传输。

　　一般性的时钟设置需要先考虑系统时钟的来源，是内部RC还是外部晶振还是外部的振荡器，是否需要PLL。然后考虑内部总线和外部总线，最后考虑外设的时钟信号。遵从先倍频作为CPU时钟，然后在由内向外分频，下级迁就上级的原则。

　　时钟控制寄存器（RCC_CR）

　　eg:RCC-》CR|=0x00010000; //外部高速时钟使能HSEON

　　RCC-》CR|=0x01000000; //使能PLLON

　　RCC-》CR》》25; //等待PLL锁定

　　时钟配置寄存器（RCC_CFGR）

　　eg： RCC-》CFGR=0x00000400; //APB1=DIV2;APB2=DIV1（不分频）;AHB=DIV1（不分频）;

　　根据STM32库函数设置时钟流程：

　　RCC_DeInit（）; //设置RCC寄存器重新设置为默认值

　　RCC_HSEConfig（RCC_HSE_ON）; //打开外部高速时钟晶振

　　HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp（）; //等待外部高速时钟晶振工作

　　if（HSEStartUpStatus == SUCCESS） //外部就绪

　　{

　　//Add here PLL ans system clock config

　　RCC_HCLKConfig（RCC_SYSCLK_Div1）; //设置AHB时钟不分频

　　RCC_PCLK2Config（RCC_HCLK_Div1）; //设置APB2时钟不分频

　　RCC_PCLK1Config（RCC_HCLK_Div2）; //设置APB1时钟二分频

　　RCC_ADCCLKConfig（RCC_PCLK2_Div6）; //设置ADC时钟六分频

　　//设置PLL时钟将8M时钟9倍频到72M

　　RCC_PLLConfig（RCC_PLLSource_HSE_Div1，RCC_PLLMul_9）;

　　RCC_PLLCmd（ENABLE）; //使能PLL

　　FlagStatus Status;

　　Status = RCC_GetFlagStatus（RCC_FLAG_PLLRDY）;

　　if（Status == RESET）

　　{

　　……

　　}

　　RCC_SYSCLKConfig（RCC-SYSCLKSource_PLLCLK）; //将PLL输出设置为系统时钟

　　while（RCC_GetSYSCLKSource（）！=0x08） //测试PLL是否被用作系统时钟等待校验完成

　　{}

　　}

　　else

　　{

　　//Add here some code to deal with this error

　　}

　　//使能外围接口总线时钟

　　RCC_APB2PeriphClockCmd（） / RCC_APB1PeriphClockCmd（）

　　具体配置过程：

　　第一步：

　　复位并配置向量表。

　　函数MYRCC_DeInit（）;

　　下面对该函数进行分析：

　　（1） 设置外设复位寄存器：RCC-》APB1RSTR = 0x00000000

　　该寄存器中包含dac，电源复位，定时器等外设复位设置，某位为1表示对相应外设复位。开机启动时将该寄存器数据清空。

　　（2） 设置外设复位寄存器：RCC-》APB2RSTR = 0x00000000

　　同第一步外设复位寄存器的设置。

　　解答：

　　RCC-》APB1RSTR = 0x00000000;//复位结束

　　RCC-》APB2RSTR = 0x00000000;

　　这里的“复位结束”具体是什么意思？？我把它注释掉后发现也是可以运行的

　　1是复位.0当然是不复位了

　　不复位那就是复位结束了。

　　（3） 睡眠模式闪存和sram时钟使能，其他关闭。用于使用sram。 Sram相当于pc的内存。

　　STm32有三种启动模式：

　　1，ISP模式。这种模式就是STM32复位后就执行固化在内部的BOOTLOADER程序（固化的，我们无法读写。），然后等待串口数据，从而实现串口bootloader功能。

　　这种模式不会从用户存储区启动（除非用串口控制其从0X08000000启动），所以在更新了代码之后，需要设置为其他模式（FLASH模式）。

　　2，FLASH启动模式。这种模式直接从0X08000000启动，也就是我们自己编写的代码的启动方式了。正常情况都应该用这种。

　　3，SRAM启动模式。这种模式我没有用过，是从0X20000000启动的，也就是说在sram模式开始之前，你要确保SRAM里面已经有代码了，否则就是死机。

　　RCC-》AHBENR = 0x00000014

　　（4） 设置外设时钟使能寄存器：

　　RCC-》APB1ENR = 0x00000000;

　　RCC-》APB2ENR = 0x00000000; 将所有外设全部关闭

　　（5） 使能内部高速HSION。

　　RCC-》CR |=0x00000001;

　　stm32的时钟启动过程。

　　启动过程是：

　　1，首先使用内部时钟（这也是为什么你不接晶振也可以下载代码了）。

　　2，尝试开启外部时钟。

　　3，如果开启成功，则使用外部时钟，否则使用内部。

　　4，做其他事情。

　　当然以上代码都需要你自己写代码实现，当然内部时钟是默认的时钟，你不开启也可以。

　　（6） 复位SW，HPRE，PPRE1，PPRE2，ADCPRE，MCO

　　RCC-》CFGR &= 0xF8FF0000;

　　这步有什么意思呢，我的理解是。Cfgr寄存器主要用于对时钟分频的控制，见下图：

　　通过该步的配置：

　　首先配置MCO无输出，MCO是什么呢？是指可以将stm32的内部时钟通过IO口引脚输出出去，如上图就可以看到，对cfgr的配置，可以有四种mco输出，分别是将pllclk两分频后输出，hsi（片内时钟）输出等。

　　其次：配置ADCPRE就是上图中AHB分频器线面的ADC

　　再次：配置ppre2也就是高速外部时钟APB2，这里设成不分频。高速外部时钟主要驱动一些高速外设，这个在APB2ENR时钟控制寄存器中有介绍

　　再次：配置PPRE1配置低速外部时钟分频APB1这里也全部设成不分频。

　　再次：配置HPRE。这几个位主要用来配置AHB这个寄存器的分频系数这里也设置成不分频。也就是说上图SYSCLK经AHB没有分频。

　　最后：配置SW，以及SWS。表示启用HIS作为系统时钟。

　　到这一步，经过分析得知，RCC-》CFGR &= 0xF8FF0000;主要是用来配置ahb等各个分频器的设置，以及将片内时钟作为系统内部时钟。

　　（6） 关闭HSEON，CSSON，PLLON

　　RCC-》CR &= 0xFEF6FFFF;

　　通过分析CR寄存器可以看出，该寄存器主要涉及三个时钟PLL，CSS，HSE。

　　（7） 复位HSEBYP.

　　RCC-》CR &= 0xFFFBFFFF;这一步有什么作用呢？查询数据手册57页可知，外部时钟源HSE有两种模式，HSEBYP设置为0时，是选择外部晶体作为外部时钟源这种时钟更加精准，当然也是和外部电路有关的。当然因为第（6）步已经设置了HSEON关闭了，所以这一步才可自由设置HSEBYP。

　　（8） 复位PLLSRC，PLLXTPRE，PLLMUL and USBPRE

　　RCC-》CFGR &= 0xFF80FFFF;

　　注意：在这一部中可能会有这样的疑问：

　　RCC-》CFGR &= 0xFF80FFFF;

　　PLLSRC=0 HSI振荡器时钟经2分频后作为PLL输入时钟

　　PLLXTPRE=0，HSE分频器作为PLL输入，HSE不分频

　　这样不冲突吗？

　　答案是：以最后配置为准，就是最后一次配置会改变前一次的配置，所以说以最后一次配置为准。

　　也就是说后文还有其他代码对其进行定义。那干嘛还要怎么重复配置呢？

　　有时候是有用的。比如你想让stm32超频一会，然后又恢复正常运行，这就有用了。

　　（9） 关闭所有中断

　　RCC-》CIR = 0x00000000;

　　（10） 配置向量表

　　#ifndef VECT_TAB_RAM

　　MY_NVIC_SetVectorTable（NVIC_VectTab_RAM，0x0）;

　　#else

　　MY_NVIC_SetVectorTable（NVIC_VextTab_FLASH，0x0）;

　　#endif

　　下面对该函数分析：

　　//函数功能：设置向量表偏移地址

　　//NVIC_VectTab：基址

　　//Offset：偏移量

　　void MY_NVIC_SetVectorTable（u32 NVIC_VectTab， u32 Offset）

　　{

　　//检查参数合法性

　　assert_param（IS_NVIC_VECTTAB（NVIC_VectTab））;

　　assert_param（IS_NVIC_OFFSET（Offset））;

　　SCB-》VTOR = NVIC_VectTab|（Offset & （u32）0x1FFFFF80）;//设置NVIC的向量表偏移寄存器

　　//用于标识向量表是在CODE区还是在RAM区

　　}

　　前面两行是用来检查参数合法性，这里不作分析。重点看第三行

　　配置这个向量表有什么用？相见cortexm3权威指南113页向量表的解释

　　这里

　　#define NVIC_VectTab_RAM （（u32）0x20000000）

　　#define NVIC_VectTab_FLASH （（u32）0x08000000）

　　Offset的值为0x0，为偏移地址，地址必须能被64 * 4 = 256整除，具体请看权威手册113页

　　SCB-》VTOR = NVIC_VectTab|（Offset & （u32）0x1FFFFF80）;//设置NVIC的向量表偏移寄存器的疑问如下：

　　SCB-》VTOR = NVIC_VectTab|（Offset & （u32）0x1FFFFF80）;//设置NVIC的向量表偏移寄存器。

　　既然是设置NVIC的向量表偏移量，为什么还要和NVIC_VectTab相或呢。只设置OFFSET不就可以了吗，另外VTOR设置只有BIT【28：7】有作用啊，相或以后也放不下这么多位吧？

　　这个是基址。

　　那个7~28的，你能定义一个28位的数据出来嘛？

　　VTOR设置只有BIT【28：7】，你把（u32）0x1FFFFF80二进制看看是不是【28：7】。

　　然后再看下面一段话：

　　在《《权威指南》》第一百零四页，有这么一段话：

　　NVIC 中有一个寄存器，称为“向量表偏移量寄存器”（在地址0xE000_ED08处），通过修改它的值就能定位向量表。但必须注意的是：向量表的起始地址是有要求的：必须先求出系统中共有多少个向量，再把这个数字向上增大到是2的整次幂，而起始地址必须对齐到后者的边界上。例如，如果一共有32个中断，则共有32+16（系统异常）=48个向量，向上增大到2的整次幂后值为64，因此地址

　　地址必须能被64*4=256整除，从而合法的起始地址可以是：0x0， 0x100， 0x200等。

　　向量表偏移量寄存器，也就是SCB-》VTOR.它的第29位，用来标识向量表是在CODE区还是RAM区，从而0X1，就是最高3位不去动，这好理解。 但是低位，根据上面这段话的理解，STM32自己有60个中断，加上CM3的16个，总共有76个中断，扩大到2的整次幂，那就是128，然后再乘以4，得到512，也就是0X200.根据这样计算，合法的偏移地址应该是0X0，0X200，0X400，0X600.。。因此，在此处应该&0X1FFF FE00.才对。

　　以上是我的理解。实际上确是&0X1FFF FF80;这点，我也有疑问。

　　答案：cortex-m3权威指南上介绍 bit 28-7为向量表的起始地址。所以低7位没有用到，所以&0X80，为的就是将低七位清零。但这里写&0X1FFF FE00，也能达到清零的目的。至于地址必须是512的整数只要offset这个参数注意就可以了。

　　下面我们回到例说stm32这本书61页的Stm32_Clock_Init（）函数：

　　经过上面配置完毕后，下面开始配置外部时钟。

　　Ministm32开发板目前的实都是采用高速外部时钟作为时钟源，在经过MYRCC_Deinit（）先将外部时钟源关闭，然后在cfgr重新配置之后，下面就准备开启高速外部时钟。

　　（11） RCC-》CR |= 0x00010000;外部高速时钟使能HSEON，前面说过以最后一次设置为准，所以自打这一步开始HSE作为了外部时钟。

　　（12） 等待外部时钟是否就绪

　　While（！（RCC-》CR》》17））; （其实这一步的作用和while（RCC-》CR&（u32）（1《《17））;是一样的，因为在MYRCC_Deinit（）中的18位至31位全为0了，当然在论坛中http://www.openedv.com/posts/list/1943.htm第23楼也承认While（！（RCC-》CR》》17）这样写有点轻率，23楼这样写道

　　对此，原子哥也说了写成（RCC-CR》》17）&0X01比较合适，但我感觉RCC-CR》》17是不准确的，比方说如果第十八位是1，那么右移17位后不管时钟是否就绪，表达式“RCC-CR》》17”的结果始终为真，这样while（！（RCC-CR》》17））不就没有意义了吗？所以写成（RCC-CR》》17）&0X01才是最准确的

　　）

　　（13） 配置APB1/2=DIV2和AHB = DIV1

　　RCC-》CFGR = 0x00000400;

　　（14） 设置PLL分频

　　PLL -=2;

　　RCC-》CFGR = PLL 《《18;

　　设置PLL 9倍频

　　这里还涉及到了一个问题，如下

　　其实，这里今天林妹妹问了一个比较专业的问题，那就是PLL是一个u8的数据类型，为什么在这里可以右移18位呢？不是早超出了么？其实，我们看看汇编代码就明白了，汇编代码如下： 219： RCC-》CFGR|=PLL《《18; //设置PLL值 2~16 0x08000618 4608 MOV r0，r1 0x0800061A 6840 LDR r0，［r0，#0x04］ 0x0800061C EA404084 ORR r0，r0，r4，LSL #18 0x08000620 6048 STR r0，［r1，#0x04］可以看到，这个移位操作，是在R0和R1里面进行的，r0，r1均是32位的寄存器，所以，这里的移位操作并不会产生错误（结果是赋值给32位的寄存器：RCC-》CFGR）。